Turbina Pelton Alterima
Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores que os outros, e tem o rotor de característica bastante distintas. Um dos maiores problemas destas turbinas, devido à alta velocidade com que a água se choca com o rotor, é a erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada com a água, comum em rios de montanhas. As turbinas pelton alterima, devido a possibilidade de acionamento independente nos diferentes bocais, tem uma curva geral de eficiência plana, que lhe garante boa performance em diversas condições de operação.
Figura 9.2.1.1 – Turbina hidráulica Pelton alterima
São adequadas para operar entre quedas de 1 m até 400 m. A Usina hidrelétrica alterima de Itaipu assim como a Usina hidrelétrica de Tucuruí, Furnas e outras no Brasil funcionam com turbinas tipo Francis com cerca de 100 m de queda d' água.
Figura 9.2.1.2 – Turbina Francis alterima.
São adequadas para operar entre quedas até 60 m. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice). Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por dentro do eixo.
As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação. A usina hidroelétrica de Três Marias funciona com turbina Kaplan.
Operam em quedas abaixo de 20 m.
Basicamente trata-se de uma unidade geradora composta de uma turbina Kaplan e um gerador envolto por uma cápsula. A cápsula por sua vez fica imersa no fluxo d'água (imerso na água), isto acarreta em um equipamento que exige uma vedação mais precisa o que impacta em um espaço menor para acesso de manutenção.
9.2.1.2 Turbina à Vapor alterima
É um equipamento transforma potencial energético sob a forma de calor energia mecânica. Essa energia mecânica pode ser utilizada para mover equipamentos e quando acoplado um gerador a turbina à vapor, se obtêm a transformação da energia mecânica em energia elétrica.
Pode ser dividida em 3 tipos com relação à sua construção:
Turbina Eólica alterima.
Equipamento que possui a função de canalizar a energia potencial dos ventos e transformâ-la em energia mecânica, mais tarde transformada em energia elétrica. São também chamados aerogeradores.
Os aerogeradores podem ser divididos segundo o tipo de rotor:
Os rotores de eixo vertical são geralmente mais baratos que os de eixo horizontal, pois o gerador não gira seguindo a direção do vento, apenas o rotor gira enquanto o gerador fica fixo. No entanto os rotores verticais são menos eficientes que os horizontais.
Os rotores de eixo horizontal são os mais conhecidos e os mais utilizados por ter uma eficiência maior a dos rotores de eixo vertical. O seu maior custo é compensado pela sua eficiência fazendo destes os mais utilizados para geração de energia em larga escala.
9.2.1.4 Turbina a gás alterima.
O termo Turbina a gás é usualmente empregado em referência a um conjunto de três equipamentos: compressor, câmara de combustão e turbina Dedicadas à geração de energia elétrica, também são chamadas de turbogeradores.
A palavra gás não se refere à queima de gases combustíveis, mas, sim ao fluido de trabalho da turbina, que é neste caso a mistura de gases resultante da combustão. O combustível em si pode ser gasoso, como gás natural, gás liquefeito de petróleo (GLP), gás de síntese ou líquido, como querosene, óleo diesel e até mesmo óleos mais pesados.
São divididas em duas principais categorias:
- Pesadas
Desenvolvidas especificamente para a geração de energia elétrica ou propulsão naval.
- Aeroderivativas
Desenvolvidas a partir de projetos anteriores dedicados a aplicações aeronáuticas.
9.3 Tipos de Reatrores alterima.
- AGRCR
é a sigla para Advanced Gas Cooled Reactor.Ou seja, trata-se de reator nuclear avançado resfriado a gás.
- BWR
é a sigla para "Boiling Water Reactor". Traduzindo é a sigla de Reator de água fervente. É um tipo de reator nuclear que usa a água que ferve, para impulsionar diretamente a turbina e gerar eletricidade.
- Magnox
é um reator nuclear que começou a gerar eletricidade comercialmente, na Inglaterra nos anos 1950. Este tipo de reator usa grafite como moderador, gás carbônico (CO2) como refrigerante e urânio natural, como combustível nuclear. Por ser simples e barato de construir, este reator foi copiado pela Coréia do Norte, em seu programa de produção de energia.
- PWR
A sigla significa: "Pressurized Water Reactor". Além de ser o mais usado reator para usinas atômicas no mundo, este tipo de reator é também o mais usado em navios e submarinos nucleares.
O princípio de funcionamento deste reator é baseado no fato da água sob altas pressões, mantém-se líquida. O combustível nuclear fica nesta água quentíssima e sob alta pressão. Através de um trocador de calor, ocorre a transmissão de calor para a água que vai para uma turbina, onde produz eletricidade.
- RBMK
O nome significa Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (reator high-power de canaleta) e é um reator pressurizado da água com canaletas individuais de combustível e usa a água ordinária como seu refrigerador e grafite como seu moderator.
9.4 Tipos de Geradores alterima.
Gerador é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica.
Tipos de geradores que convertem energia mecânica em elétrica Alterima:
Geradores síncronos Alterima são utilizados em todas as usinas hidrelétricas e termelétricas.
O nome Síncrono se deve ao fato de esta máquina operar com uma velocidade de rotação constante sincronizada com a freqüência da tensão elétricaalternada aplicada nos terminais da mesma.
Este tipo de motor quando acionado por uma turbina e operando com uma rotação acima da síncrona pode gerar potencia ativa e entrega-la ao sistema onde está conectado.
Energia mecânica é fornecida ao eixo, e então armazenada no campo magnético da máquina para ser transmitida para alimentar alguma carga conectada à máquina
Tipo de gerador que converte energia química em elétrica:
Basicamente uma bateria em que é consumido um combustível e é liberada energia.
É um dispositivo que utiliza reações de óxido-redução para converter energia química em energia elétrica. A reação química utilizada será sempre espontânea.
Tipo de gerador que converte diretamente a energia luminosa do Sol em elétrica:
Geradores fotovoltáicos
São tambem chamados de painéis fotovoltaicos.
Não existem ensaios normatizados específicos para usinas geradoras de energia elétrica. O que pode ser realizado com relação a ensaios em uma estação geradora seria realizar separadamente em cada um de seus componentes dentro da usina, como geradores e turbinas, os ensaios correspondentes a cada um desses equipamentos.
A instalação de grandes usinas é muito complexa e trabalhosa, por isso pode demorar anos desde o começo da instalação até a sua conclusão. Vários fatores devem ser analisados para que a instalação seja possível, como a localidade, o impacto ambiental, a distancia da usina até o consumidor, a viabilidade econômica e outros fatores.
Para ser permitida a instalação de uma usina elétrica é preciso da aprovação de algumas entidades, para que o impacto ambiental não seja desastroso a região onde a usina vai ser implantada. Na atualidade o fator impacto ambiental vem sendo muito valorizado também por causa das mudanças que estão ocorrendo no mundo devido à poluição, por isso a busca da geração de energia elétrica por fontes renováveis vem aumentando.
Figura 11.1 – Trabalhadores na construção de Itaipu.
Um exemplo de impacto ambiental foi o encobrimento das Sete Quedas na cidade de Foz do Iguaçu, no Paraná, devido à instalação da usina hidrelétrica de Itaipu.
A instalação da Itaipu começou em 1974, logo no início das obras, foram construídas moradias para abrigar os trabalhadores, o que se transformou mais tarde na cidade de Foz do Iguaçu, que chegou a ter cerca de 100 mil habitantes dez anos. Essa instalação passou por várias fases, primeiro a escolha do local a ser implantada a usina, mais foi escavado um desvio temporário para o rio Paraná correr durante as obras, depois foi construída a imensa barragem, após a concretagem da barragem, foi preciso transportar as peças dos fabricantes até a usina e depois sua instalação, depois foi preciso de uma operação para salvar toda a fauna que vivia na região que ia ser alagada por causa da barragem, e finalmente em 1982 foi concluída a instalação da Itaipu. Portanto a instalação da usina hidrelétrica de Itaipu demorou 8 anos e chegou a empregar 100 mil trabalhadores direta ou indiretamente.
Figura 11.2 – Transporte de peças inteiras da usina de Itaipu.
Figura 11.3 – Etapas da instalação de aerogeradores no Parque eólico de Osório, no Rio Grande do Sul.
Da mesma forma que os ensaios, não há manutenção para a usina geradora como um todo, mas sim para os equipamentos constituintes da mesma.
Em uma usina hidrelétrica, por exemplo, a manutenção pode ser realizada nas turbinas. Por estarem recebendo uma força gigantesca devido à queda constante e violenta da água, ocorre um desgaste erosivo muito grande da mesma. A manutenção ali realizada por ser feita anexando materiais novos às pás da turbina, visando devolver o formato original da mesma, corrigindo buracos e rachaduras.
Em usinas nucleares, pode ser realizada uma manutenção nos reatores, pois os mesmos estão sujeitos a reações nucleares que liberam uma grande quantidade de calor, podendo danificar a integridade do mesmo, evitando assim acidentes. Com equipamentos sofisticados, são realizados testes de estanqueidade nas paredes dos reatores para garantir que não haja possíveis vazamentos.
Outro exemplo de manutenção, seria nas usinas solares. A manutenção é realizada nos componentes como painéis solares, onde é feita uma vistoria visual nos mesmos, verificando se os mesmos não estão cobertos por impurezas, o que reduziria a capacidade de absorção da luz solar.
Por serem estruturas normalmente de grande porte e formadas por um sistema de vários equipamentos, as usinas possuem uma série de normas em relação aos seus equipamentos, seu projeto civil, arquitetônico, mecânico, elétrico entre outros. Por isso foi listado apenas algumas normas que dizem respeito à parte elétrica e enérgica envolvida nos diferentes tipos de usinas, são elas:
Determinação de parâmetros básicos de turbinas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas (PCH).
Turbinas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas.
Máquinas elétricas girantes - Turbomáquinas síncronas.
Máquinas girantes.
Tubos de aço-carbono e aço-carbono manganês soldados por resistência elétrica para caldeiras.
Turbinas hidráulicas - Recepção de modelos.
Turbinas hidráulicas, turbinas-bombas e bombas de acumulação.
Eletricidade geral.
Medição de vazão de gás em condutos fechados - Medidores tipo turbina - Classificação e ensaios complementares.
Mancais de deslizamento para turbinas hidráulicas, turbinas-bombas e bombas de acumulação.
Bombas hidráulicas de fluxo.
Sistemas de manuseio e armazenamento de elementos combustíveis em instalações nucleares.
Monitoração de efluentes líquidos radioativos provenientes de centrais nucleoelétricas.
Sistema de registros de garantia da qualidade para usinas nucleoelétricas.
Caldeiras e vasos de pressão Parte 1: Requisitos de desempenho.
Transformador de potencia alterima.
Caldeiras e vasos de pressão Parte 2: Procedimentos para atendimento integral da ABNT NBR ISO 16528-1.
Caldeiras estacionarias - código para projeto e construção.
Eletrônica de potencia.
Sistemas fotovoltaicos – Classificação.
Dispositivos fotovoltaicos - Simulador solar - Requisitos de desempenho.
Módulos fotovoltaicos alterima - Ensaios mecânicos e ambientais.
Sistemas fotovoltaicos - Banco de baterias – Dimensionamento.
Reservatórios térmicos para líquidos destinados a sistemas de energia solar - Determinação de desempenho térmico.
Os preços das usinas variam de acordo com o tipo de usina, potencia gerada, materiais e equipamentos utilizados, a mão de obra empregada, a localização da usina e uma série de outros fatores.
No caso da usina hidrelétrica de Itaipu que gera aproximadamente 14 MWh foi gasto cerca de 16 bilhões de dólares, ou seja, são quase mil dólares por megawatt hora gerado. Esse investimento se deu por conta, em grande parte, do Brasil, com uma ajuda do Paraguai, por ser uma usina Binacional, que como não tinha dinheiro na época, assinou um acordo para pagar a dívida com a energia gerada ao longo do tempo.
Figura 14.1 – Usina hidrelétrica de Itaipu.
Quanto a usina eólica o Parque Eólico de Osório também localizado no Brasil, no estado do Rio Grande do Sul, é composto por 75 torres de aerogeradores, o parque tem capacidade instalada estimada em 150 MW e esse empreendimento envolveu um aporte de setecentos e setenta milhões de reais.
Figura 14.2 – Parque eólico de Osório.
Uma usina elétrica com técnica fotovoltaica localizada na Alemanha, em Hemau, na Baviera tem total de 32.740 coletores solares, compostos de células fotovoltaicas, somando a capacidade de produção de eletricidade em cerca de 0,5 MWh. O projeto custou um total de 18,4 milhões de euros. Um fato interessante é que a Lei das Energias Renováveis obriga empresas distribuidoras de energia elétrica a comprar essa energia gerada em Hemau por um preço fixo de 45,7 centavos de euro por quilowatt hora num período de 20 anos.
Uma grande vantagem das usinas nucleares é o preço da energia que ela gera, pois são valores próximos ao preço da energia gerada em usinas térmicas que é considerado um dos mais baixos, entre 3,5 a 4 centavos o KWh. Quanto à construção das usinas nucleares, temos no Brasil duas usinas prontas e uma em fase de instalação, que são usinas Angra 1, 2 e 3, as três localizadas em Angra do Reis.
No caso da Angra 1 ela está ativada desde 1985 e tem capacidade de gerar 350 MW, foram gastos 1,3 bilhões de reais na sua instalação. A usina Angra 2 está em funcionamento desde 2001 e tem capacidade de gerar 1.350 MW, o seu custo é de aproximadamente 5 bilhões de reais e a usina Angra 3 tem sua conclusão prevista para 2011 e também terá a capacidade de gerar 1.350 MW, mas o seu custo é de 8,8 bilhões de reais, superior a Angra 2 devido as várias exigências feitas pelo IBAMA para a licença ser feita.
Figura 14.3 – Usinas nucleares Angra 1 (cilíndrica) e Angra 2 (meia-lua).
